3. Количественная оценка ионизирующих излучений

Биологическое действие различных видов ионизирующих излучений на организм обусловлено ионизацией и возбуждением атомов и молекул биологической среды. На процесс ионизации излучение растрачивает свою энергию. В результате взаимодействия излучений с биологической средой живому организму передается определенная величина энергии. Поэтому действие на организм излучения находится в прямой зависимости от количества переданной энергии.

Для измерения количества энергии введено понятие «доза излучения» – величина энергии, переданная объекту.

Существует несколько видов дозы излучения:

Физическая или экспозиционная доза (D) – количественная характеристика рентгеновского и гамма-излучения, действующего на объект. Она характеризует ионизационную способность рентгеновских и гамма-лучей в воздухе. За единицу экспозиционной дозы в международной системе единиц (СИ) принят кулон на килограмм (Кл/кг). На практике применяется внесистемная единица – рентген (Р).

1Р = 2,58 х 10⁴ Кл/кг.

Кроме количества энергии, которое несет на себе излучение, необходимо знать, какое количество энергии было передано биологическому объекту. Именно от этой энергии и зависит поражающее действие излучения. Эту характеристику отражает поглощенная доза.

Поглощенная доза (П) – это величина, равная энергии любого вида ионизирующего излучения, поглощенной единицей массы облучаемого вещества. За единицу дозы в системе СИ принят джоуль на килограмм (Дж/кг). Этой единице присвоено собственное имя – грей (Гр). 1 Гр = 1 Дж/кг. Внесистемной единицей поглощенной дозы является рад. 1 рад = 0,01 Дж/кг = 0,01 Гр. 1 Гр = 100 рад. 1 рад = 0,975 Р.

Между экспозиционной дозой и поглощенной дозой существует следующая зависимость:

П = D х к;

где к – переходной коэффициент, величина которого зависит от рода поглощающей ткани. Для воздуха он равен 0,88; для мышечной ткани – 0,93; для костной – 0,98; для организма в целом – 0,96.

Таким образом, зная экспозиционную дозу, можно рассчитать поглощенную.

В биологическом отношении важно знать не просто дозу излучения, которую получил объект, а дозу, полученную в единицу времени. В одном случае суммарная доза, значительно превышающая смертельную, но полученная в течение длительного времени, не только не приведет к гибели человека, но даже не вызовет у него реакцию лучевого поражения. В другом случае доза меньше смертельной, но полученная в короткий отрезок времени вызовет развитие лучевой болезни. В этой связи введено понятие мощности дозы.

Мощность дозы (P) – это доза излучения D, отнесенная к единице времени t:

D = P х t; P = D / t

Чем больше мощность дозы, тем быстрее растет доза излучения. Для экспозиционной дозы системная единица – ампер на килограмм (А/кг), внесистемная рентген в час (Р/ч). Для поглощенной дозы соответственно – ватт на килограмм (Вт/кг) и рад час (рад/час).

Эквивалентная доза (Н). Понятие введено в связи с тем, что разные виды ионизирующих излучений представляют различную биологическую опасность для органов или тканей живого организма.

Биологическое действие одинаковых поглощенных доз различных видов излучений неодинаково. Это связано с удельной ионизацией излучения и различной чувствительностью разных тканей организма к облучению.

Чем выше удельная ионизация, тем выше коэффициент относительной биологической эффективности (ОБЭ) или коэффициент качества (КК). Он показывает во сколько биологический эффект данного вида излучения сильнее, чем от образцового при равенстве поглощенных доз в биологическом объекте (в качестве образцового берут рентгеновское с энергией 200 КэВ).

Н = П х ОБЭ

Единицей эквивалентной дозы в системе СИ является зиверт (Зв). Один зиверт соответствует поглощенной дозе в 1 Дж/кг. Внесистемной единицей является бэр (биологический эквивалент рентгена). 1 бэр = 0,01 Зв.

Коэффициенты качества (КК) для различных видов излучения

Вид излучения	Величина ОБЭ или КК
Рентгеновское, γ-излучение, бета-частицы	1
Нейтроны (5 Кэв)	5
Нейтроны (10 Кэв)	10
Нейтроны (до 2 Мэв)	20
Нейтроны (до 20 Мэв)	10
Протоны	5
Альфа-частицы	20

Следует также учитывать, что одни органы и ткани более чувствительны к действию радиации, чем другие. Например, при одинаковой эквивалентной дозе облучения вероятность возникновения рака в легких больше, чем в щитовидной железе. Облучение половых желез особенно опасно из-за риска генетических последствий. Поэтому дозы облучения органов и тканей также следует учитывать с различными коэффициентами. Это положение лежит в основе определения эффективной дозы, которая также измеряется в зивертах (Зв).

Эффективная доза (E) – это величина, используемая как мера риска возникновения отдаленных последствий облучения всего тела человека и отдельных его органов и тканей с учетом их радиочувствительности.

Для оценки опасности ионизирующего излучения для группы людей или для популяции в целом следует пользоваться понятием коллективная эффективная доза. Она рассчитывается как сумма индивидуальных эффективных доз, полученных группой людей, и измеряется в человеко-зивертах (чел.-Зв). Эффективная коллективная доза – это мера коллективного риска возникновения стохастических эффектов облучения, равная сумме индивидуальных эффективных доз.

Важными с позиций радиационной безопасности являются понятия: предельно допустимая доза (ПДД) и разовая предельно допустимая доза.

ПДД – это такое количество ионизирующего излучения от внешнего или внутреннего источника, которое воздействуя на живой организм не вызывает в нем патологических изменений. ПДД установлены до 0,017 Р в день или 0,1 Р в неделю.

Разовая ПДД – доза тотального облучения, которая при однократном воздействии не вызывает в организме патологических изменений. Разовая ПДД = 50 Р.